數(shù)據(jù)機(jī)房智能母線槽技術(shù)分析

程瑜

安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801

0引言

數(shù)據(jù)中心是國(guó)家確定的“新基建”七大領(lǐng)域之一，數(shù)據(jù)中心在國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展中起到越來(lái)越重要的作用，已經(jīng)成為各行各業(yè)的關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施，為經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型升級(jí)提供了重要支撐。政府金融、互聯(lián)網(wǎng)公司、運(yùn)營(yíng)商等行業(yè)客戶都在不斷地新建和升級(jí)數(shù)據(jù)中心，以匹配其數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的增長(zhǎng)速度。并且，隨著國(guó)內(nèi)數(shù)據(jù)中心的大力建設(shè)和發(fā)展，傳統(tǒng)的列頭柜配電模式已無(wú)法滿足日新月異的變化需求，智能小母線作為數(shù)據(jù)中心一種新型機(jī)房配電產(chǎn)品，通過(guò)對(duì)其合理的應(yīng)用，有效地解決了傳統(tǒng)配電模式存在的各種問(wèn)題，提高了數(shù)據(jù)中心的可用性及供配電的穩(wěn)定性。

關(guān)鍵詞：數(shù)據(jù)中心；智能小母線；精密配電柜；穩(wěn)定性

1數(shù)據(jù)中心應(yīng)用需求

隨著電力業(yè)務(wù)的發(fā)展和智能電網(wǎng)的升級(jí)，數(shù)據(jù)中心對(duì)供電系統(tǒng)的可靠性和智能維護(hù)要求也越來(lái)越高。數(shù)據(jù)中心機(jī)柜端配電設(shè)計(jì)除了要滿足傳統(tǒng)機(jī)房的配電功能，還應(yīng)滿足遠(yuǎn)期設(shè)備擴(kuò)容的需求；同時(shí)，數(shù)據(jù)中心運(yùn)維者還提出要盡可能減少設(shè)備擴(kuò)容對(duì)已投運(yùn)設(shè)備的影響。供電系統(tǒng)除了滿足高可靠性外，還應(yīng)該具備強(qiáng)大的監(jiān)控功能，機(jī)房運(yùn)維人員隨時(shí)可以了解機(jī)柜負(fù)載情況、各配電分支回路的電氣狀態(tài)和不同負(fù)載機(jī)群的電量消耗情況等。

當(dāng)前，機(jī)房的配電容量一般保持在一定的范圍內(nèi)，通常按照服務(wù)器機(jī)柜、刀片機(jī)柜、網(wǎng)絡(luò)機(jī)柜、工作機(jī)柜、小型機(jī)機(jī)柜等，常規(guī)數(shù)據(jù)中心單機(jī)柜負(fù)荷一般在3kW~8kW之間。根據(jù)各類設(shè)備功率不同，電氣連接器接口標(biāo)準(zhǔn)也有所區(qū)別。這為供電基礎(chǔ)配套實(shí)施帶來(lái)了極大的挑戰(zhàn)。傳統(tǒng)落地式配電單元(列頭柜)已不能滿足越來(lái)越多的供電需求。

近年來(lái)，隨著數(shù)據(jù)中心靈活性和多元化發(fā)展。一種更加靈活的機(jī)柜端設(shè)計(jì)方案逐步在電力機(jī)房中得到應(yīng)用。即母線槽配電系統(tǒng)。目前已有大量大型數(shù)據(jù)中心采購(gòu)母線槽設(shè)計(jì)方案，如Google、Facebook、阿里巴巴和騰訊等數(shù)據(jù)中心。母線槽在電力行業(yè)作為一種導(dǎo)線應(yīng)用已經(jīng)有幾十年的歷史，但是對(duì)于數(shù)據(jù)中心應(yīng)用而言，則比較新穎，應(yīng)用案例不多。與傳統(tǒng)電纜方式對(duì)比，母線槽具備更加可靠的安全性、接口電阻和溫升控制也更加優(yōu)秀。

2智能母線槽的組成

電力機(jī)房專用母線槽系統(tǒng)一般由三個(gè)部分組成：母線槽主體、母線槽連接模塊、監(jiān)控模塊。

2.1母線槽主體

外殼提供線槽保護(hù)，提高熱穩(wěn)定性，滿足各種安裝方式，如豎直吊裝或者水平安裝，側(cè)邊可加上各種標(biāo)識(shí)。導(dǎo)電銅排是根據(jù)載流量需求選擇不同截面，表面鍍錫，增強(qiáng)抗腐蝕性并減小接觸電阻的電解銅。表面的絕緣材料具備良好的可短路電流能力。

2.2母線槽連接模塊

母線槽連接模塊用于母線槽主體與主體之間的連接，將原本3m左右的母線槽主體拼接起來(lái)，可延長(zhǎng)至幾百米甚至幾千米。母線槽連接處也是極容易發(fā)生連接異常的地方，連接不可靠可能導(dǎo)致溫升、爆炸等事故，燒毀母線槽。

2.3監(jiān)控模塊

監(jiān)控模塊可以分為母線槽連接處的測(cè)溫模塊和始端箱、插接箱的電參量采集模塊。監(jiān)控模塊集成了常規(guī)的電力參數(shù)測(cè)量、溫度監(jiān)測(cè)、開(kāi)關(guān)量檢測(cè)、漏電檢測(cè)等功能，同時(shí)具備在線報(bào)警功能，可以實(shí)時(shí)檢測(cè)母線接口溫度數(shù)據(jù)。采用ModbusRTU有線通訊或Lora無(wú)線通訊的方式，可方便可靠地將監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)上傳本地監(jiān)控系統(tǒng)，確保母線槽的安全運(yùn)行。

3智能母線槽方案優(yōu)勢(shì)

3.1智能母線槽具有高度的靈活性

傳統(tǒng)列頭柜方案，其配電方式為UPS出線柜之后接配電列頭柜，之后通過(guò)線纜為每臺(tái)機(jī)柜內(nèi)設(shè)備供電。采用放射狀供配電結(jié)構(gòu)，即每個(gè)機(jī)柜通過(guò)一根電纜與列頭配電柜線纜一對(duì)一連接，今后新增或機(jī)柜擴(kuò)容變更提升功率時(shí)需要重新排放電纜。

智能小母線擺脫了傳統(tǒng)列頭柜布線困難的問(wèn)題，部署簡(jiǎn)易快捷，僅需將母線槽安裝到所有的預(yù)期機(jī)柜上方即可完成部署，可以依據(jù)用戶的進(jìn)駐實(shí)現(xiàn)即需即安裝。個(gè)別機(jī)柜增加輸出容量或者回路數(shù)量無(wú)需對(duì)母線槽做出變更，僅需增加或者變更插接箱即可，而且可以帶電插拔。

3.2智能母線槽投入快，施工周期短

采用軌道式小母線系統(tǒng)安裝部署快速，如使用傳統(tǒng)列頭柜加線纜模式，完成一個(gè)機(jī)房典型施工工期約為40-50天涉及到配電柜就位，電纜橋架安裝，電纜裁剪鋪設(shè)，電纜對(duì)接等多個(gè)繁瑣工序。而部署母線系統(tǒng)只需10-15天就可以完成一個(gè)機(jī)房的交付，節(jié)約大量的施工時(shí)間和人工投入同時(shí)也節(jié)省了橋架和電纜的需求?？商崆敖?個(gè)月交付客戶使用。

3.3智能母線槽系統(tǒng)安全性更高、使用壽命更長(zhǎng)

由于小母線主要結(jié)構(gòu)為“鋁合金外殼+B級(jí)及以上絕緣護(hù)套+銅母排”，一方面使得整個(gè)輸電干線的電氣穩(wěn)定性（包括短時(shí)耐受電流、過(guò)載能力)更強(qiáng):另一方面，整條母線系統(tǒng)的散熱性，有效防止因熱量堆積造成的短路隱患，較大程度提高了使用壽命。母線使用壽命在30年左右，而電纜使用壽命一般在10-15年。

3.4母線增加了機(jī)房的利用率和收益

采用母線方式由于省去了強(qiáng)電列頭柜，原列頭柜的位置可增加配置1個(gè)IT機(jī)柜。一般每20個(gè)左右IT機(jī)柜配置1臺(tái)強(qiáng)電列頭柜，去掉列頭柜后可增加1/20左右的IT機(jī)柜數(shù)量，按一個(gè)機(jī)房1000個(gè)機(jī)柜為例，原需要50個(gè)列頭柜，采用母線后機(jī)房IT機(jī)柜可達(dá)1050個(gè)，每個(gè)機(jī)柜租賃利潤(rùn)2萬(wàn)/年計(jì)算，可增加年利潤(rùn)100萬(wàn)。

因此，智能小母線作為數(shù)據(jù)中心機(jī)房末端配電的后期之秀，能夠逐漸對(duì)傳統(tǒng)的列頭柜方案形成沖擊，并能以每年20%以上的速度持續(xù)增長(zhǎng)，正是由于以上優(yōu)點(diǎn)做支撐。

4安科瑞智能小母線解決方案

圖1、母線監(jiān)控裝置技術(shù)參數(shù)

圖2、母線監(jiān)控裝置實(shí)物圖片

圖3、母線監(jiān)控裝置通訊組網(wǎng)示意圖

圖4、母線監(jiān)控裝置系統(tǒng)架構(gòu)圖

5、結(jié)語(yǔ)

綜上，無(wú)論從技術(shù)性能，全壽命周期成本，還是數(shù)據(jù)中心的后續(xù)擴(kuò)容等方面考慮，都會(huì)將智能小母線系統(tǒng)作為數(shù)據(jù)中心后50米配電的極優(yōu)選擇方案。安科瑞一直致力于改進(jìn)和研發(fā)出更加先進(jìn)、更加安全的智能小母線產(chǎn)品，為國(guó)家數(shù)據(jù)中心的建設(shè)和發(fā)展助力。

【參考文獻(xiàn)】

[1] 一種數(shù)據(jù)中心機(jī)房新型配電技術(shù)——小母線配電系統(tǒng).***.邵宏躍.張子堃.張磊.耿偉. 電氣時(shí)代.2021.10.10.

[2]安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用手冊(cè).2022.5版.

作者簡(jiǎn)介：程瑜，現(xiàn)任職于安科瑞微電網(wǎng)研究院，主要從事數(shù)據(jù)中心相關(guān)產(chǎn)品的研發(fā)及應(yīng)用。

審核編輯 黃宇